С самого начала военных действий корпус использовался по частям в самых различных направлениях. Подразделения от роты до полка придавались различным стрелковым и кавалерийским соединениям 9-й армии. Например, уже 22 июня на усиление 95-й сд из села Ганчешты прибыл взвод танков Т-34, принадлежавший 11-й танковой дивизии. Отдельные танковые батальоны придавались 27-го июня 30-й гсд (генерал-майор С. Г. Галактионов), 26-ro июня 109-му сп (полковник А. В. Лапшев), 74-й сд (полковник Ф. Е. Шевердин) для непосредственной поддержки пехоты. 321-й мсп 15-й мд длительное время действовал в составе 2-ro кавалерийского (генерал-майор П. А. Белов) и 35-го стрелкового (комбриг И. Ф. Дашичев) корпусов. 4 июля 16-я танковая дивизия временно была подчинена командиру 176-й сд. 4 июля с 30-й гсд действовал 3-й танковый батальон 21-го танкового полка 11-й танковой дивизии в составе 15 танков БТ и 5 танков Т-34.
За период с 22 июня по 11 июля потери соединений составили:
• в 11-й тд — убитых 29, раненых — 45 человек, выведено из строя танков — 3, автомашин — 24, минометов — 9, пулеметов — 8;
• в 16-й тд — убитых 68, раненых — 115 человек, выведено из строя танков — 25, автомашин — 28, тракторов — 14;
• в 15-й мд — убитых 67; раненых — 165 человек, выведено из строя танков — 22, автомашин — 45, тракторов — 11, орудий — 13.
14 — 17 июля 1941 года корпус сосредотачивался в районе Котовска, где производил ремонт материальной части.
15-я моторизованная дивизия с 11-м и 16-м мп согласно приказу командующего войсками 9-й армии от 15 июля 1941 года № 0025 должна была быть посажена на автотранспорт и к исходу 16 июля сосредоточиться в районе Дубоссар.
16 июля советские войска оставили город Кишинев. Частям 9-й армии было приказано восстановить положение и освободить город. Контрнаступление, предпринятое с утра 17 июля, и в котором участвовала 15-я мотодивизия, значительных результатов не дало.
В этот день командующий Южным фронтом докладывал Верховному главнокомандующему и главнокомандующему войсками направления предложения по реорганизации фронта. В связи с тем, что в середине июля Генеральным штабом было принято решение о расформировании корпусного звена в АБТВ, генерал Тюленев предлагал реорганизовать 18-й и 2-й МК, создав четыре отдельные танковые дивизии и две стрелковые дивизии (последние — в составе двух стрелковых, артиллерийского полков и смешанного автобронетанкового мотоциклетного полка), причем оставив в этих дивизиях автотранспортные средства для более гибкого маневра. Высвободившиеся за счет переформирования моторизованных и кавалерийских дивизий танки предлагалось распределить по стрелковым дивизиям (танковая рота на дивизию). Это предложение не было принято, так как реорганизовывались, в первую очередь, механизированные корпуса внутренних округов, не задействованные в боях.
На следующий день 17 июля директивой Ставки ГК командующему Южным фронтом приказывалось немедленно отвести 2-й и 18-й механизированные корпуса в район Умани. Левое крыло фронта в составе 25-й, 51-й, 150-й, 95-й сд и 2-го КК требовалось отвести за реку Днестр и прочно занять для обороны днестровские Рыбницкий и Тираспольский УРы. В составе 2-го кавкорпуса за Днестр выводилась и 15-я моторизованная дивизия.
18 июля командующий Южным фронтом издаст директиву № 0019 на отвод левого крыла Южного фронта на восточный берег Днестра.
В итоге 2-й механизированный корпус без 15-й мд был выведен из подчинения командующего 9-й армией и получил задание скрытно сосредоточиться в районе Терновки, Антоновка и Буденновки (юго-западнее Умами) для обеспечения правого фланга фронта. К этому времени 15-я мотодивизия, действовавшая со 2-м кавкорпусом, овладела районом Загайканы, Фаурешты, Грущовка, где была остановлена.
В течение 18 июля соединения 9-й армии продолжали вести бои на кишиневском направлении и только с наступлением темноты приступили к выполнению директивы № 0019 по отходу на восточный берег Днестра. 15-я моторизованная дивизия согласно приказу командарма-9 № 0026, выводилась в район Красные Окна в армейский резерв.
19 июля дивизия на рубеже Устя, Охранча, Оницканы прикрывала части 2-го кавалерийского корпуса, переправлявшегося через Днестр. К этому времени командующий армией отменил приказ № 0026, дивизия оставалась в составе 2-го кавкорпуса и должна была сосредоточиться в районе Нестерова, Нов. Маловата, Реймаровка.
В ночь на 20 июля дивизия переправилась на восточный берег Днестра.